Calculator dimensionare putere pompă de căldură

Criterii dimensionare

Ce bine-ar fi să existe un calculator magic, vreun ChatGPT varianta gratis! Of!

Ce considerăm când calculăm (dimensionăm) puterea unei pompe de căldură?

Spre deosebire de majoritatea proiectanților, pe lângă necesarul de căldură (pe care îl facem riguros, combatem adesea auditorul energetic), luăm în calcul mai multe aspecte.

• tema de proiectare transmisă de beneficiar;
• necesarul de căldură pentru încălzire (desconsiderăm necesarul pentru preparare apă caldă menajeră);
• masivitatea clădirii (inerția termică) – ne spune despre amânarea pornirii rezistenței electrice de backup;
• tipul instalației: încălzire prin pardoseală (IPAT), radiatoare (tubulare, fontă), calorifere de tablă, aluminiu (convectoare), ventiloconvectoare etc.;
• orarul de încălzire: permanent (24/7) pentru locuințe sau intermitent pentru case de vacanță de pildă;
• automatizarea: modulantă (adaptare meteo) sau clasică (ON/OFF cu termostate, fie ele „cele mai smart”);
• rezistența electrică de back-up pentru perioadele foarte reci (sub -15°C..-10°C);
• centrala pe gaz (dacă ∃) pentru back-up la temperaturi foarte scăzute – înlocuiește rezistența (-10°C..+2°C);
• nomograma (tabelul) de puteri a pompei de căldură alese de beneficiar (funcție de temperaturi apă, aer și umiditate).

Fără apă caldă menajeră
Nu includem în dimensionare prepararea apei calde menajere (ACM). Boilerul cu serpentină crește puterea instalată a PdC și scade eficiența, din 2 motive:
1) atât din cauza preparării propriu zise de ACM,
2) cât și pentru că, pe durata preparării, încălzirea/răcirea se oprește, apoi trebuie să recupereze – sistemul pierde regimul staționar (constant) și intră într-un regim tranzitoriu (pornit/oprit) energofag.
Când beneficiarul insistă pentru hydrotank sau boiler indirect cu serpentină, suplimentăm puterea pompei de căldură.

Detalii despre abordarea Sibotherm și consumuri reale există în articolul Pompă de căldură Hyundai – preț, păreri, setări.

Articolul se referă la case de om cu încălzire în pardoseală.

Calculator putere PdC

Modo grosso, SiboGPT poate estima o putere în funcție de suprafață, tipul de încălzire și termostate ON/OFF. Pentru calcul exact: Formular dimensionare putere pompă de căldură.

Supradimensionare

De „frică” (neîncrezători în propriile calcule), majoritatea proiectanților aleg o putere supradimensionată a pompei de căldură. Ce să (mai) spunem de „meseriașii recomandatori” de putere PdC, pași, lungimi IPAT sau ventiloconvectoare!?

Principalul dușman: ciclurile scurte și regimul tranzitoriu, repetat „dă-i să sune / șezi cu tata”. O PdC supradimensionată este ca un SUV de 400 de cai putere folosit doar pentru a merge la magazinul din colț. Va ajunge repede, dar cu un consum uriaș și cu o uzură prematură. Zăpada de 2 metri vine o dată la 12 ani.

Mai jos vorbim despre dezavantajele unei PdC supradimensionate. Ne referim la încălzire/răcire în pardoseală în case de locuit, dar valabil (într-o mai mică măsură) și pentru calorifere (radiatoare sau de tablă) ori ventiloconvectoare.

Rezistența electrică

„Frică de rezistență”? La case bine izolate, cu IPAT, rezistența stă degeaba, iar pompa de căldură de 6..8 kW duce lejer 99% din sezon case de 200..250m².

Ne întrebăm: De ce toată lumea vrea pompă de căldură cu rezistență de backup, apoi o sfidează total!? Parc-ar fi ceva Baubau eventuala funcționare a rezistenței câteva ore pe iarnă.

Luăm în seamă rezistența de backup sau nu? Considerăm că există o CTgaz sau nu?
Spre deosebire de CTgaz, puterea pompelor de căldură aer-apă scade odată cu temperatura aerului exterior. Enervant, dar când casa are un necesar mai mare de căldură, tocmai atunci PdC are puterea mai mică.

Temperatura minimă ⇒ necesarul cel mai mare
Necesarul de căldură consideră o temperatură minimă de calcul, de pildă -15°C pentru Ilfov. Normativele recomandă ca sursa/sursele de căldură să asigure acest necesar, la -15°C și cu deschiderea geamurilor pentru aerul proaspăt, O₂.

Putere maximă = PdC (compresor) + rezistență electrică
Majoritatea (ca să nu spunem toți) inginerilor desconsideră puterea surselor adiționale (rezistență, CTgaz etc.). Așa că, ei, „nemiloși” spun: PdC n-are decât să acopere singură necesarul de căldură la temperatura exterioară de calcul. Motiv că va rezulta o PdC de putere foarte mare.

Modelele PdC de 16..18kW reușesc să facă 10kW la -18°C afară. Deci, fără preparare acm, ar trebui aleasă o PdC de la 16kW în sus.

RECORD DE GER
Noi nu dimensionăm puterea pompelor de căldură după un record de -25°C o dată la 49 de ani.

În schimb, când dimensionăm puterea, noi nu, n-o lăsăm pe „biata” pompă de căldură să încălzească singură casa, tocmai în cele 49 de ore însumate pe sezon cu cel mai mare ger, de -15°C în Ilfov. „Sărăcuța” PdC, oricum, vine darnică și bine intenționată din fabrică cu un mic asistent: rezistență electrică de backup. De ce să nu ajute compresorul „la greu” de -18°C în Cluj!? Bine, oricum, toți beneficiarii ne spun că încă n-a fost nevoie de acest Baubau-backup-3kW, indiferent ce vremuri geroase au prins.

5kW + 3kW
Din poză (graficul de mai sus) se vede: alegem o PdC de 5kW, jumate din 10kW. Iar pe super ger, probabil, va fi nevoie de ajutorul rezistenței electrice. Însă, noi profităm și de inerția termică a clădirii până să intre rezistența în funcțiune. V. articolul Tencuială înainte sau după șapă – inerția și răcirea.

Ce temperatură exterioară considerăm noi?
Verificăm puterea pompei de căldură la temperatura reală medie măsurată din ultimii 30 de ani, de pildă cca -1°C în Ilfov. Evident că nu la limită, ci supradimensionăm și noi puțin; iar, omul nu stă cu geamurile rabatate de Bobotează ca de Rusalii.

Boiler indirect, hydrotank

Puterea PdC va trebui să asigure suma: 1) necesar de căldură pentru încălzire + 2) necesar de căldură pentru apa caldă menajeră (ACM) = (3). Clar, puterea PdC (3) trebuie să fie mai mare decât dacă ar fi asigurat numai încălzirea. Deci, pentru doar încălzire, puterea devine supradimensionată. Și mai nasol: răcirea consumă de vreo 3 ori mai puțin decât încălzirea ⇒ supradimensionare-eee, nu glumă.

Prepararea de acm prin hydrotank sau boiler indirect cu serpentină are, printre altele, 4 dezavantaje majore:
1. Mai ineficient decât un boiler cu PdC proprie all-in-one, aerul din casă e mult mai cald decât „gerul” de afară.
2. Supradimensionăm puterea PdC unice pentru încălzire/răcire. Nu putem separa: o putere pe încălzire, alta pentru ACM, e doar puterea pompei unice de căldură și gata.
3. Întrerupe încălzirea: în loc de regim constant, vor fi vârfuri de „prea cald”, „prea rece”.
4. Întrerupe răcirea: și mai enervant față de încălzire, pompa trebuie să revină (e reversibilă) pe încălzire să facă ACM vreo două ore, apoi iar răcire. Și mai nasol dacă cele 2 ore se nimeresc taman pe arșița zilei.

Termostate ON/OFF

O pompă de căldură supradimensionată (probabil chiar cu o putere dublată) este necesară în cazurile în care utilizatorul nu folosește adaptarea meteo (v. Cel mai bun „termostat” = adaptarea meteo) și vrea să dea comenzi de ON/OFF cu termostate. Trebuie să notăm faptul că termostatele (automatizarea) de tip pornit/oprit (ON/OFF) nu pot păstra regimul staționar, ci va fi permanent modul tranzitoriu, din cauza comenzilor de ON/OFF către actuatoare și către sursa de căldură. Regimul tranzitoriu ON/OFF antrenează după el un confort termic redus (diferențe mai mari între vârfuri de maxim și minim ale temperaturilor aerului, șapei, agentului termic) și, implicit, un consum de energie mai mare.

Consum mai mare

O pompă de căldură supradimensionată consumă mai mult decât una potrivită în aceleași condiții (aceeași casă să spunem)?

Iarna = ok, nu consumă mai mult
Dacă vorbim de același necesar de căldură și același model de pompă de căldură, iarna, când necesarul este mai mare decât puterea minimă a celor două pompe, cea supradimensionată nu va consuma mai mult decât cea potrivită. Ambele vor funcționa în regim staționar (constant), acoperind necesarul cerut.

Toamna, primăvara = hopa! nu prea ok, consumă mai mult
Toamna și primăvara (de fapt, și-n perioadele blânzi de iarnă), când necesarul este sub puterea minimă a pompei, pompa de căldură supradimensionată va consuma peste cea potrivită. De ce? Pentru că are o putere minimă mai mare și va avea mai multe opriri și reporniri. Șapa se răcește ușor, iar la repornire trebuie reîncălzită, ceea ce duce la consum suplimentar. Regimul staționar este mult mai eficient decât cel tranzitoriu.

Puteri termice dezvoltate
—
Hyundai 6kW A10/W25 (aer 10°C, apă 25°C) = 2,27 kW
Hyundai 8kW A10/W25 (aer 10°C, apă 25°C) = 3,08 kW
Hyundai 10kW A10/W25 (aer 10°C, apă 25°C) = 3,43 kW
Hyundai 12kW A10/W25 (aer 10°C, apă 25°C) = 6,1 kW
—
Hyundai 6kW A15/W25 (aer 15°C, apă 25°C) = 2,81 kW
Hyundai 8kW A15/W25 (aer 15°C, apă 25°C) = 3,86 kW
Hyundai 10kW A15/W25 (aer 15°C, apă 25°C) = 4,48 kW
Hyundai 12kW A15/W25 (aer 15°C, apă 25°C) = 5,93 kW
—
5,93 : 2,81 ⇒ de 2,11 ori e mai mare puterea termică minimă a celei de 12kW vs 6kW.

Lumea spune: Păi, pompa de căldură stă, deci nu există consum! Ce bine ar fi! 

PdC nu consumă, casa da
Chiar dacă PdC stă, casa pierde energie, că doar tot mai caldă e decât „gerul”. Problema: la repornire, pe lângă faptul că trebuie să returnăm căldura pierdută între timp, PdC trebuie să reîncălzească și tonele de șapă, structură, mai mult răcite decât aerul interior. 

Ideal = să învingem numai pierderile prin anvelopă mereu
Cu alte cuvinte: în loc să învingem constant 24/7 numai pierderile prin anvelopă, trebuie să învingem și pierderile masei casei, 200 de tone „gen”. În plus, o PdC mai mare, în loc să încălzească exact cât cere casa, dă mai mult, e mai cald în casă decât vrem. 

Compresor

În situațiile de mai sus am vorbit de puteri termice dezvoltate. Pe lângă astea, o pompă de căldură supradimensionată are și un consum absorbit puțin mai mare al compresorului. Sigur, aici e mai complicat de calculat pentru că o PdC supradimensionată va fi în mare parte din timp și oprită, energie absorbită = putere × timp de funcționare.

Puteri electrice absorbite
—
Hyundai 6kW A10/W25 – 0,33 kW electrici / A15/W25 – 0,38 kW electrici
Hyundai 8kW A10/W25 – 0,37 kW electrici / A15/W25 – 0,38 kW electrici
Hyundai 10kW A10/W25 – 0,44 kW electrici / A15/W25 – 0,48 kW electrici
Hyundai 12kW A10/W25 – 0,84 kW electrici / A15/W25 – 0,66 kW electrici
—
0,66 : 0,38 ⇒ de 1,75 ori e mai mare consumul electric al celei de 12kW vs 6kW.

Alte dezavantaje

Poate avea o PdC supradimensionată și alte dezavantaje pe lângă un consum mai mare? Da.

• Surpriză! Nefuncționare: Cu țevi în pardoseală în plăci cu nuturi, PdC nu poate face răcire, sau răcește precar, pentru că merge 1 minut iar 5 minute stă. Necesarul de răcire e mai mic de 3-4 ori față de încălzire, iar nuturile opresc transferul termic. Transferul dintre țeavă și șapă e într-atât de mic, încât compresorul supradimensionat nu „riscă” să urce la presiunile mari necesare și să nu aibă unde descărca energia generată.
• Confort: O PdC supradimensionată poate chiar supraîncălzi casa, pentru că are un timp minim de funcționare și nu pornește/oprește ca un bec. Deci, pe lângă consum mai mare, poate apărea și disconfort termic (cu variații de temperatură mai mari).
• Durată de viață: O PdC supradimensionată are o putere termică minimă mai mare decât o pompă de căldură potrivită. O astfel de funcționare duce la o uzură crescută – pornirile și opririle dese duc la uzura prematură a compresorului și a altor componente.
• Preț: „Cu cardul gros, nimic nu-i scump”, dar să vorbim și de bani. Într-adevăr, diferențele de preț sunt relativ mici între PdC mai mari, mai mici. Instalatorul spune: Cumpără, dle, de 16kW că e cu 800€ mai scumpă față de 8kW, și știi de-o treabă. Nasol: și cu confort mai puțin, eventual răcire deloc, ulterior, omului i se va subția cardul pentru „siguranța” asta.

Răcire & plăci cu nuturi

¯\(°_o)/¯ Ăsta e dezavantajul suprem. Ironia instalațiilor și banilor. Cu cât e mai mare PdC cu atât mai proastă răcirea sau chiar nu funcționează.

De ce nu e același lucru iarna?
Pentru că omul poate ridica temperatura apei cât vrea. În loc de 30°C în apă, setează pe 40°C, nu se întâmplă nimic. Dar, vara, mai poate coborî de la 16°C la 6°C? Nici vorbă. Apa trebuie să fie peste temperatura punctului de rouă, sau – hai! – puțin mai jos, dacă-n casă e ceva mai uscat aerul.

Avantaje?

Ar putea avea o PdC supradimensionată și avantaje? Noi spunem: nu. Totuși, o pompă de căldură supradimensionată ar reduce timpul de încălzire (la prima pornire) cu cca 15..30% (chiar 50% o PdC dublată). V. Consum pompă de căldură la prima pornire.

Inerția termică

Interesant! Cu cât e mai mare inerția termică (mai masivă casa), cu atât puterea pompei de căldură poate fi mai mică.

Da, inerția termică a unei case cu încălzire în pardoseală bine proiectată (cu agent termic adaptat meteo între 23–33°C toată iarna) ajută imens la menținerea temperaturii constante și la reducerea, chiar eliminarea nevoii de suplimentare cu rezistență electrică.

Dimineți geroase și rezistența de backup
Diminețile sunt cele mai reci. Pe ger, probabil, ar fi nevoie de rezistență. Însă, din setări, putem amâna pornirea rezistenței cu 1-2 ore, timp în care casa ar pierde 0,1°C. Vezi Casă castel vs structură ușoară • eficiență & confort.

Feedback real

Feedback de la clienți cu PdC supradimensionate
Noi am făcut proiectul de încălzire în pardoseală, am propus PdC 6kW. Instalatorul a montat PdC de 12kW, că „noi suntem proști”. După două ierni/veri, vreo 3-4 beneficiari vor să le schimbe cu 6kW. Deci, ceea ce pare „teoretic” este confirmat și în realitate. Problema nu-i deranja într-atât pentru încălzire cât pentru răcirea casei.

Sugestia Sibo

1. CTgaz
Cel mai sigur, simplu, ieftin: PdC mai mică + CTgaz pe GPL. PdC dă comandă, similar unui termostat, către CTgaz la ce temperatură de afară vrem: -6°C, -13°C sau -21°C. CTgaz poate fi cea mai ieftină, e doar de backup și pentru ger.

2. Propunerea noastră supremă dacă permite bugetul
Două PdC cu funcționare în cascadă = când necesarul casei devine mai mic, una se oprește; la 8 ore merge cealaltă PdC, pentru uzură egală a aparatelor ⇒ CEVP = confort, eficiență, viață lungă (echipamente, instalație, construcție) și poluare minimă.

Puffer
În articol nu am scris nimic de puffer. Pufferul ni se pare de domeniul trecutului, dar, deși ineficient, poate rezolva problema cu răcirea în pardoseală în cazul unei PdC supradimensionate. Vezi PdC • volum minim apă • de ce fără puffer.